国内外球形氢氧化镍性能比较与探讨

对国内外球形氢氧化镍的研究表明,它们在化学成分、晶体结构、晶粒度等方面存在差异。日本等国外氢氧化镍晶形呈枝晶状,晶粒度小,表现在电化学性能上则具有放电电压平台长、大电流充放电循环寿命长等优点;而国内氢氧化镍晶形普遍呈粒晶状,晶粒度较大,故电化学性能与日本等国外产品相比有一定差距。     

充电态储存对MH-Ni蓄电池性能的影响

研究了金属氢化物-镍(MH-Ni)蓄电池在开路条件下60 ℃环境中的储存性能。储存前后的充放电循环及对正极活性物质的电感耦合等离子光谱分析法(ICP)检测表明,储存期间负极合金元素的腐蚀并在正极中沉积,不会造成MH-Ni蓄电池容量的不可逆衰减。正极循环伏安试验进一步证实,充电态下储存能有效地避免低电位下CoOOH的还原反应,从而提高MH-Ni蓄电池的储存性能。     

高活性高密度氢氧化镍的生产技术

本公司经过在300t生产线上反复实验,探索了工业化生产中pH值、反应温度、氮、复合添加剂和烘干温度对氢氧化镍质量—特别是电化活性和松装密度两个关键指标的影响。     

β-球形氢氧化镍的微结构与热分解特征

利用热分析方法和扫描电子显微镜(SEM)对湿法制备的β-球形氢氧化镍的热分解特征及其与微晶形貌和大小之间的关系进行了研究。基于热分析数据,应用Arrhenius方程对氢氧化镍的失水热分解反应动力学进行了研究,结果表明:反应过程可能包括早期的由反应控制的阶段和后期的由扩散控制的阶段。随着组成氢氧化镍的球粒表面微晶大小和形态由粗粒片状至微细粒状变化,失水热分解温度降低,失水速率增大。因此,具有微细粒状边界模糊特征的氢氧化镍有更好的热传导性能并经测试证明具有更好的电化学活性。同时,良好的热传导性能将有利于MH-Ni蓄电池的高低温充放电特性的改善。     

氢氧化镍电极反应机理的研究

良好结晶性的氢氧化镍电极材料并不具有电化学活性,电极活化要吸收一些水分,但水的精确性质和位置并不清楚.本文借助FTIR和TG-DTA在进一步确定活性材料中含有自由水和结合水的基础上,考虑到水分子的存在与镍电极氧化还原反应密切相关,进而提出水分子是电极/电解液界面质子运动载体的设想,并得到相应的电极反应机理.     

氢氧化镍材料的反应机理和电极制备

目前商业化的氢氧化镍材料是β-Ni（OH）2／β-NiOOH,研究比较多的是具有螺旋结构的α-Ni（OH）2／γ-NiOOH。系统全面地阐述了氢氧化镍电极材料的物理与化学性能;综述了该材料的研究现状;探讨了未来的研究发展方向。重点分析了氢氧化镍电极的制备和电极的反应机理。     

镁掺杂氢氧化镍的结构和电化学性能

采用化学共沉淀法制备出不同含量Mg掺杂的氢氧化镍样品.应用X-射线衍射(XRD),傅里叶变换红外光谱(FTIR)和热重分析(TG)手段对样品的结构进行了表征,并用循环伏安法研究了样品的电化学性能.结果表明:与Mn、Al等元素掺杂到一定含量后使Ni(OH)2晶型由β型转化为α型不同,即使Mg掺杂含量达到30%,样品仍为β型.但样品晶格产生畸变,晶粒尺寸随Mg含量的增加先变小后增大,电化学性能随Mg含量的增加先变好后变坏.Mg最佳含量为5%左右,此时OH-数量增多,产生了大量的晶格畸变,C轴拉长,有利于质子扩散系数的变大,增强了反应的可逆性,提高了电极充电效率和活性物质的利用率,从而改善了电极的电化学性能.     

纳米结构氢氧化镍粉末对镍电极的改性作用

采用水溶液化学沉淀法直接合成了具有纳米结构特征的氢氧化镍粉末,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、BET比表面积等方法对其结构特征进行了表征。将纳米结构氢氧化镍粉末以一定比例添加到商用球形氢氧化镍粉末中作为活性材料制备发泡式镍电极,采用恒电流充放电测试、循环伏安(CV)及交流阻抗分析(EIS)等方法对镍电极的电化学性能进行了研究。结果表明,纳米结构氢氧化镍粉末的添加可以使镍电极在充电效率、放电比容量、活性物质利用率、放电电压、抗膨胀能力及高速率放电性能等方面得到明显改善和提高。添加有纳米结构粉末的镍电极具有更高的反应活性及更小的电化学反应阻抗,充电时氧气析出电位也比较高,因而表现出优良的电化学性能。     

部分杂质对球形氢氧化镍结构及电性能的影响

许多文献介绍了化学组成和晶体结构对Ｎｉ（ＯＨ）２电性能的影响,而化学组分对组成Ｎｉ（ＯＨ）２晶体的亚晶定向生长结构以及枝晶结构对电性能的相互影响却很少涉及。本文主要探讨硫酸盐、碳酸盐及共沉淀法掺入的少量Ｃｏ、Ｚｎ、Ｃｄ等对氢氧化镍亚晶结构和电性能的影响,以及亚晶晶粒的大小及排列方式对氢氧化镍的结构和综合电性能的影响。     

金属氢化物镍蓄电池储存稳定性研究

借助X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜法(SEM)对金属氢化物镍蓄电池在不同储存条件下性能的变化及影响进行了对比性研究,同时探讨了造成金属氢化物镍蓄电池在不同条件下储存期间性能下降的原因.结果表明:电池经不同条件储存后,电池的质量略微下降,内阻增加,开路电压变小,容量发生不可逆衰减,充电平台出现了不同程度的上升,其中50℃条件下储存的电池性能最差;经过XRD和SEM分析发现,在储存过程中,电池负极活性物质储氢合金粉发生了不同程度的粉化,正极活性物质球镍的结构也发生了不同程度的破坏.     

氢氧化镍电极制备工艺的研究

MH Ni电池的性能很大程度上取决于氢氧化镍电极的性能。制备高比容量MH Ni电池的关键是提高氢氧化镍电极的比容量。电极的制备工艺及粘合剂的选择对氢氧化镍电极性能有重要影响。采用放电容量、极化曲线和SEM等测量方法 ,研究了MH Ni电池中Ni(OH) 2 电极的最佳制备工艺及其性能。最佳工艺参数 :活性物质填充量为 2 .2～ 2 .6g/cm3;电极成型压力为 70～ 75kg/cm2 ;压制成型温度约为 1 2 5℃ ;粘合剂由 2 %CMC和 60 %PTFE乳液配制 ,其中PTFE用量为 1 .5 %～ 2 .5 %。SEM图证实了当电极达 2 0 0次充放电循环时 ,电极表面的形貌基本没有变化。     

二次电池中氢氧化镍的物理和电化学性质

氢氧化镍是镍系列电池的活性材料,其本身的物理性质直接影响着电极的电化学性能。介绍了氢氧化镍的主要物理和电化学性质,如表面形貌、粒径及粒径分布、堆积密度、晶体结构、流动性和沉降性、比表面积、电导性以及电化学活性等。     

电极材料球形Ni(OH)_2中氨的测定

用改进的纳氏光度法测定ＭＨ－Ｎｉ电池正极材料Ｎｉ（ＯＨ）２中残留的氨的量。实验中研究了络合剂ＥＤＴＡ的用量和ｐＨ对氨回收率的影响。结果表明：ＥＤＴＡ的量对氨的回收率有影响。而在碱性条件下,待蒸溜溶液的初始ｐＨ值对回收率影响不大,本方法的回收率为９５％～１０５％,相对标准偏差为３．１％,适合Ｎｉ（ＯＨ）２中氨的测定     

包钴球型Ni(OH)2在充放电过程中的结构变化

通过化学镀的方法在碱性可充电电池正极活性物质———球形Ni(OH)2表面包覆了金属钴。通过恒电流充放电实验发现,球型Ni(OH)2表面包钴后,可明显提高活性物质的利用率,增加电极反应的可逆性。用XRD法比较研究了包钴和掺钴球型Ni(OH)2正极在充放电过程中相的生成和变化。结果表明:在充电过程中,掺钴的球型Ni(OH)2极易生成γNiOOH,而包钴的球型Ni(OH)2可抑制γNiOOH的生成;在放电至正极电位为0.1V(vs.HgO/Hg电极)时,掺钴的球型Ni(OH)2还明显存在γNiOOH,而包钴的球型Ni(OH)2只存在少量γNiOOH。这说明在球形Ni(OH)2颗粒表面包覆钴镀层后,其导电性能得到提高,从而更有利于充放电反应的进行,而γNiOOH得到抑制对于提高Ni(OH)2电极的循环寿命是有好处的     

Lu2O3和Er2O3对Ni(OH)2正极高温性能的影响

通过在金属氢化物镍蓄电池Ni(OH)2正极活性物质中分别机械添加不同含量的Er2O3和Lu2O3,研究了这两种稀土氧化物对Ni(OH)2正极高温性能的影响.充放电实验表明,添加不同量的稀土氧化物都会不同程度地改善Ni(OH)2正极在高温环境下的充电效率.添加1.5%Lu2O3或2%Er2O3的Ni(OH)2正极在高温下充电效率较高.循环伏安测试表明,添加稀土氧化物提高了Ni(OH)2正极在高温环境下的析氧副反应电位,从而提高了金属氢化物镍蓄电池Ni(OH)2正极在高温环境下的充电效率.     

利用TAB快速测定正极活性物质Ni(OH)_2的性能

利用聚四氟乙烯乙炔黑(TAB)作为正极活性物质Ni(OH)_2的导电体和粘合剂,直接和Ni(OH)_2混合做成电极,进行恒电流充放电试验.与实效电池试验相比,由于Ni(OH)_2用量少,电极制作简易,从而能够快速测定和评价活性物质Ni(OH)_2的电性能.     

固相法制备高密度球形Ni(OH)2的生产方法

液相法制备高密度球形Ni(OH)2存在着生产周期长、浪费大、对环境造成污染等问题。介绍了一种在工业化生产中用固相法制备高密度球形Ni(OH)2的生产方法,也就是说,反应物和添加剂都是固体,化学合成也是在固态中进行。结果表明:与液相法制备高密度球形Ni(OH)2相比,用固相法制备可使生产周期缩短到7 h左右,生产成本与投资都减少了很多,而且对环境不构成污染,不过也存在着工艺参数很难控制的问题,而且用固相法制备的高密度球形Ni(OH)2的放电比容量及循环寿命都低于液相法制备的高密度球形Ni(OH)2。     

制备工艺条件对Ni(OH)2粒度和电化学性能的影响

利用循环伏安法研究了不同制备条件对镍电极性能的影响,得出显著影响氢氧化镍性能的因素依次是pH值、温度、合成搅拌强度、合成搅拌时间,并讨论了制备工艺条件对氢氧化镍颗粒粒度的影响,提出了优化后的制备工艺在一定程度上可改善氢氧化镍的结构,提高镍电极的可逆性,增加其充电接受能力,从而提高了充电效率。     

纳米Ni(OH)_2的质子扩散行为研究

用沉淀转化法制备了纳米Ｎｉ（ＯＨ）２ 超微粉,ＸＲＤ谱图显示为β（Ⅱ）相,用Ｓｃｈｅｒｒｅｒ公式估算的粒径大小为２０ｎｍ 。将Ｎｉ（ＯＨ）２ 超微粉与微米级的球形Ｎｉ（ＯＨ）２ 对照,分别作为活性物质涂填进泡沫镍基体中制成电极,研究了充放电性能,发现纳米Ｎｉ（ＯＨ）２ 微粉放电比容量要高于球形Ｎｉ（ＯＨ）２ ,而且放电电位高,充电电位低,说明纳米Ｎｉ（ＯＨ）２ 填充的电极有较小的极化。另外,采用粉末微电极技术测定了两种Ｎｉ（ＯＨ）２ 活性物质的质子扩散系数：纳米Ｎｉ（ＯＨ）２ 为１．１×１０－ １０ ｃｍ ２ ／ｓ,球形Ｎｉ（ＯＨ）２ 为３．５×１０－ １１ ｃｍ ２／ｓ。探讨了其质子扩散行为差异的原因,纳米Ｎｉ（ＯＨ）２ 的粒径小,有更大的比表面积,可以增加与电解质溶液的接触,而且纳米微粒可减小质子在固相中的扩散距离,从而提高了其质子扩散性能。     

MH-Ni 电池中正极材料的应用基础研究

主要研究了含钴添加剂对Ｎｉ（ＯＨ）２活性及结构的影响。对Ｎｉ（ＯＨ）２进行Ｘ射线衍射结构分析（ＸＲＤ）表明，含添加剂Ｎｉ（ＯＨ）２的晶体有序性差，含更多的晶格缺陷。由热重分析（ＴＧＡ）表明，含添加剂的Ｎｉ－（ＯＨ）２晶格中含有结晶水，其电化学活性的提高与此有关。用循环伏安法对粉体Ｎｉ（ＯＨ）２电极在ＫＯＨ水溶液中进行了研究，结果表明，添加剂能改善电极反应的可逆性。